不知道大家每天的水?dāng)z入量達(dá)標(biāo)了嗎？水在自然界存在多種形態(tài)，而科學(xué)家發(fā)現(xiàn)地球還存在“第四種水”，它到底是什么呢？這種水叫做超臨界水。
生命之源——水
科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)“第四種水”的呢？“超臨界水”到底是什么？有什么用途？超臨界水在地質(zhì)科學(xué)方面有什么化學(xué)意義呢？下面本文會(huì)為大家一一解答。
科學(xué)家是在深海發(fā)現(xiàn)的“第四種水”，原來水并非只有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)！
“第四種水”在深海中被發(fā)現(xiàn)
“第四種水”被發(fā)現(xiàn)
事情還要從2008年一次考察說起，當(dāng)年，來自德國的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大西洋一處險(xiǎn)要山脊中存在一個(gè)新鮮事物——一個(gè)熱液噴口，聽起來有點(diǎn)像火山噴發(fā)。這些藏匿于海底的熱液噴口，形狀像一個(gè)煙囪，熾熱的內(nèi)部溶液和外部冰冷的海水相遇，凝固成一種混合的奇特物質(zhì)。
拍攝到的熱液噴口
此處的水溫高達(dá)464℃，已經(jīng)超過了水的臨界溫度374℃了。研究熱噴口的化學(xué)家安德里亞對此很興奮，她表示：它是一種水，是一種自然狀態(tài)下就能被人類觀察到的天然的超臨界水。要是以前，誰也不會(huì)懷疑“只能通過實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)達(dá)到水的超臨界狀態(tài)”這個(gè)觀點(diǎn)，如今這一觀點(diǎn)被打破。
不再通過人為的干預(yù)，在自然界存在超臨界水，聽起來是多么新鮮的一件事。
出現(xiàn)超臨界水的條件
“超臨界水”是什么？
水的性質(zhì)會(huì)因?yàn)闇囟取毫Τ^其臨界值發(fā)生變化，也就是說水會(huì)“脫胎換骨”，變成超臨界水。它有什么特點(diǎn)呢？其中引入一個(gè)概念，叫熱力參數(shù)。這個(gè)熱力參數(shù)使超臨界水變得比普通水更小，它的密度也在壓強(qiáng)和氣溫的變化下隨之改變，這個(gè)變化幅度介于低氣壓水汽與液態(tài)水兩者之間。
超臨界水不同于其它三種
超臨界水在熱力學(xué)參數(shù)方面和水的普通三種形態(tài)有明顯差異，容易讓人聯(lián)想到“六邊形戰(zhàn)士”，在多項(xiàng)數(shù)值中超出平均水平。正所謂能力越大，做的事也越多。超臨界水的各項(xiàng)數(shù)值讓液態(tài)水、固態(tài)水、氣態(tài)水紛紛投來羨慕的目光。那么超臨界水有什么超越普通水的能力呢？
“超臨界水”的用途
應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)
近年來對使用超臨界水這樣的超臨界流體作為反應(yīng)媒介的研究報(bào)道很多。超臨界流體是一種很好的反應(yīng)介質(zhì),它能使反應(yīng)混合物更好的結(jié)合，反應(yīng)過程更徹底。
超臨界流體的萃取原理
接近臨界點(diǎn)的離子積比常態(tài)水增加了近3個(gè)數(shù)量級(jí)，處于這種狀態(tài)下的水可以在不添加催化劑的條件下進(jìn)行酸堿自催化反應(yīng)，充當(dāng)酸堿催化反應(yīng)的介質(zhì)。
超臨界水常用于水解反應(yīng)、脫水反應(yīng)、水合反應(yīng)，因?yàn)榕R界點(diǎn)附近的離子積較大，這三種反應(yīng)都可以在無酸、堿催化劑的情況下進(jìn)行。有了超臨界水作為反應(yīng)的參與者，原本復(fù)雜的反應(yīng)效率會(huì)有所提高，轉(zhuǎn)化率也會(huì)得到顯著提升，總的來說，這是一種應(yīng)用廣泛的有機(jī)合成方法。
不需要常規(guī)催化劑進(jìn)行反應(yīng)
超臨界水氧化技術(shù)
超臨界水氧化法(SCWO)是一種廢水廢氣物處理技術(shù)，效率高且新穎，目前可以將一些有毒物質(zhì)在超臨界水中進(jìn)行氧化，做凈化處理。
它的主要原理是利用超臨界水作為“催化劑”對有機(jī)物進(jìn)行氧化并完成分解，所以超臨界水是氧氣和有機(jī)物完美的溶解劑，只要確保氧化環(huán)境在富氧的環(huán)境下進(jìn)行，受到的反應(yīng)阻力可以小到忽略不計(jì)。
SCWO處理含酚廢水的流程
超臨界水氧化技術(shù)特點(diǎn)
其一，無二次污染。在封閉環(huán)境下進(jìn)行，產(chǎn)物無非就是些二氧化碳、水、氮?dú)?，不?huì)產(chǎn)生硫化物和二氧化硫等污染物。
其二，處理效率高。沒有傳質(zhì)阻力，可以不使用催化劑進(jìn)行有機(jī)物氧化分解，分解率高達(dá)99%以上。
其三，處理速度快，設(shè)備體積小。這也是均相反應(yīng)的特點(diǎn)，在超臨界水的氧化系統(tǒng)中，反應(yīng)均是均相反應(yīng)。
廢舊電池也可以被降解
其四，處理范圍廣。開頭也提到過，超臨界水氧化技術(shù)可以降解非常多有毒有害的物質(zhì)。比如氰化廢水、鹵化脂肪和鹵代芳香廢水等等。說得更貼近生活些，比如造紙廢水、生活和垃圾產(chǎn)生的滲透液、廢電池、毒氣毒液、廢棄電子產(chǎn)品等等。
其五，節(jié)約能量。氧化分解后形成的無機(jī)鹽不溶于水，可全部沉淀析出，一些聚合物被分解為單體和低分子產(chǎn)物，也可以進(jìn)行循環(huán)利用。一點(diǎn)不浪費(fèi)，反應(yīng)剩下的還可以用，這就是環(huán)境友好型工業(yè)的特點(diǎn)。
實(shí)驗(yàn)室的工業(yè)機(jī)器人
超臨界水的水解技術(shù)
超臨界水可以進(jìn)行納米材料的生產(chǎn)。比如SCF抗溶劑技術(shù)，它就是利用超臨界水這樣的“超臨界流體”，使溶解在其中的溶質(zhì)發(fā)揮異于普通水的溶解度。
該項(xiàng)技術(shù)在藥物微粉化有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，該技術(shù)幫助制藥科學(xué)家突破傳統(tǒng)制備方法在研磨、噴霧干燥上的技術(shù)缺陷，擁有易于操作控制、綠色環(huán)保、過程更加溫和的優(yōu)點(diǎn)。
科學(xué)家研究出了超強(qiáng)的納米材料
超臨界水氣化技術(shù)
超臨界水也是制作混合氣體的良好試劑。它有著強(qiáng)大的溶解能力，產(chǎn)生粘度低且密度較高的液體，通過改變環(huán)境的壓力與溫度使之在短時(shí)間內(nèi)氣化。
這項(xiàng)技術(shù)在同類制氫技術(shù)中有著獨(dú)特的優(yōu)勢：制得的高溫高壓氫氣可直接用于工業(yè)生產(chǎn)；不會(huì)造成二次污染，不需要高能耗的干燥過程。
氫氣可以作為環(huán)保燃料
超臨界水與地質(zhì)科學(xué)
超臨界水是地球賜予人類的產(chǎn)物，它有哪些化學(xué)意義呢？
超臨界水參與成礦的作用
華南錫石礦床與富含硫化物的礦物發(fā)生礦化作用，表明了不同的金屬在流體演化過程中會(huì)發(fā)生活化和沉淀。超臨界水產(chǎn)生于高溫高壓的海底，同時(shí)附近的礦物也會(huì)被氧化形成鹽酸，在這個(gè)過程沉淀重組，會(huì)形成新的礦物質(zhì)。
礦化形成的景觀
超臨界水與礦物和巖石相互作用
超臨界水溶液流體不同于室溫下的電解質(zhì)溶液，它們差別很大，這些差別可以為水如何溶解礦物及遷移金屬和配合物帶來了很大的參考價(jià)值。礦物的溶解和壓力有關(guān)，壓力的提高會(huì)導(dǎo)致靜電致縮作用，使溶液體積縮小，有利用溶解和溶劑活化。
超臨界水引起地殼巖石發(fā)生變質(zhì)反應(yīng)
這是造成地殼元素或虧損或富集的主要原因，水是在地球地質(zhì)中最活躍的成分，對于地球的演進(jìn)和動(dòng)力學(xué)有著非凡的意義。目前人們對關(guān)于超臨界水與地球地質(zhì)關(guān)系的研究仍處于探索階段，所以結(jié)論的總結(jié)和論證不夠明晰，需要相關(guān)學(xué)者和專家投入精力加以研究。
地球被大片海洋覆蓋
超臨界水與未來
超臨界水是一種奇特而神秘的水形態(tài)，它廣泛應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)，參與水解、氣化廢物處理，它參與了地球地質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和改造，等待科學(xué)家的深入探索。
還有無數(shù)未知等著我們?nèi)ヌ剿?/p>
同一事物的不同形態(tài)，呈現(xiàn)出嶄新的未知可能。我們?nèi)祟惖拈L遠(yuǎn)發(fā)展，離不開追求變化、追求創(chuàng)新，未來永遠(yuǎn)把握在新事物的手中，如初生的太陽。
